(57)【要約】 【課題】  低背かつ実装面積が少なくて済むような、高容量が得られるコンデンサと高インダクタンスが得られるインダクタを一体化したＬＣ複合部品を提供する。【解決手段】  本発明のＬＣ複合部品１は、少なくとも１つの薄型の固体電解コンデンサ８と薄膜回路基板７に薄膜軟磁体６を配置して、それらの外周にヘリカルコイル５を形成してインダクタを得、薄膜回路基板７で電気的に接続され、一体化・低背化された複合部品として構成される。この構成により薄型で、高容量、高インダクタンスであり、実装も容易なＬＣ複合部品が得られる。【選択図】  図１
2005129550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄型の固体電解コンデンサおよび該固体電解コンデンサとインダクタとを接続する回路基板を備え、さらに前記インダクタとして前記固体電解コンデンサの外周に巻線してヘリカルインダクタを形成したことを特徴とするＬＣ複合部品。
【請求項２】
前記固体電解コンデンサは板状、または箔状の弁作用を有する拡面化した金属を陽極体とし、機能性高分子を固体電解質とする１０μＦ以上の特性を有する固体電解コンデンサであることを特徴とする請求項１記載のＬＣ複合部品。
【請求項３】
前記巻線型のヘリカルインダクタは、前記固体電解コンデンサの一対の相対する外面の少なくとも一方の面に、軟磁性薄膜を形成した絶縁性の薄膜磁性体を一層もしくは多数層積層し、さらに絶縁被覆導線で巻線することで形成される１０μＨ以上の特性を有するインダクタであることを特徴とする請求項１記載のＬＣ複合部品。
【請求項４】
前記回路基板は、前記固体電解コンデンサとインダクタの端子が接続される回路パターンと、当該部品を搭載する装置の回路に接続する外部端子とを備え、前記固体電解コンデンサの壁面に配設されたことを特徴とする請求項１記載のＬＣ複合部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチングレギュレータを利用した電源デバイスなど、主として小型化が必要なデバイスに用いるのに好適な、薄型に構成されたＬＣ複合部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種スイッチングレギュレータを利用した電源デバイス、例えば、各種２次電池に蓄電された電圧を低電圧化されたＩＣを駆動するために０．５〜１．２Ｖの電圧に降圧するＤＣ−ＤＣコンバータや、太陽電池で駆動するアプリケーションのために、太陽電池で発電された０．８〜１．４Ｖの電圧を５Ｖに昇圧する電源等には、各種のコンデンサおよびインダクタが使用されている。
【０００３】
チップ部品に分類される形状を考えると、その形状は０６０３系や１００５系のように１ｍｍ以下の小さい寸法の素子から、５７５０系のように５ｍｍ角を越すような全体の寸法が大きい素子まで、種々使用されている。
【０００４】
静電容量が１０μＦ以上の高容量のコンデンサおよびインダクタンスが１０μＨ以上の高インダクタンスのインダクタは、一般に大きな形状を有しており、それらを基板上に搭載すると大面積で素子高さが高くなることが多く、機器の薄型化を妨げていた。
【０００５】
現在、電源回路を含んだデバイスは、薄型化はもとより、低価格化、多機能化、高集積化、および省エネルギー化が計られ、その結果として、駆動周波数の高周波化、素子の低損失化つまり高効率化、さらに素子間の複合化が検討され、実装するための素子寸法の制約条件も厳しくなっている。
【０００６】
そこで、インダクタやコンデンサの受動部品を複合化して使い易くするために、一体化する技術が多数提案されている。
【０００７】
たとえば、特許文献１には、一平面上になるようにチップコンデンサ素子とその周りに空芯コイル素子を配置し、前記受動部品全体を磁性粉体と熱硬化性樹脂とからなるコンポジットに埋設することで一体化したＬＣ複合部品が開示されている。しかしながら、低背化が可能なものの、出来上がった空芯コイルとコンデンサとを配置するために、両者間の間隔が大きく小型化することが困難である。
【０００８】
また、小型のＬＣ複合部品を構成するために、特許文献２には門型ブロック状フェライトコアの内側にコンデンサを抱えた構造をコアベースとし、このコアベースの周りに巻回された巻線コイルを備えるＬＣ複合部品が提案されている。しかしながら、この方法も門型ブロック状のコアベースがフェライトコアであるために高さが高く低背化することが困難であると考えられる。
【０００９】
さらに、小型化するために、特許文献３には、積層コンデンサの上下面にフェライト磁性膜を形成したスパイラル状の平面インダクタを配した構造が提案されている。このスパイラル状の平面インダクタンスは大きな電流を流す素子として向いているものの、構造的に大きなインダクタンスを得るのは困難である。
【００１０】
我々も以前に、少なくとも２個の積層セラミックコンデンサの周りに高Ｑの磁性体を用いて高Ｑインダクタが形成できる一体化構造のＬＣ複合部品を特許文献４にて開示している。しかし、積層セラミックコンデンサを用いた場合には、磁器の欠点である抗折強度の問題からＬＣ複合部品の総厚をどうしても薄くできなかった。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１７６７２８号公報
【特許文献２】特開平０８−２３６３５６号公報
【特許文献３】特開２００２−２２２７１２号公報
【特許文献４】特開２００２−１９８２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上述べたように、スイッチングレギュレータを用いた電源回路やセンサ回路などに用いるために実装時の高さが低く、かつ容量やインダクタンスの大きな値が得られるＬＣ部品が望まれている。このようなＬＣ複合部品は、低背かつ高容量かつ低ＥＳＲのコンデンサと高インダクタンスかつ高Ｑのインダクタを薄型に一体化することができれば、低背化が可能なＬＣ部品を実現できると考えられるが、従来は実現が困難であった。
【００１３】
そこで、本発明は、低背かつ実装面積が少なくて済むような、高容量が得られるコンデンサと高インダクタンスが得られるインダクタを一体化する具体的な手段を提示し、上記要望に答えられるようなＬＣ複合部品を提供しょうとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した課題を解決するため、本発明のＬＣ複合部品は、少なくとも１つの薄型の固体電解コンデンサ素子上に軟磁性薄膜を配置して巻線型のヘリカルインダクタを少なくとも１つ以上形成し、薄膜回路基板によって接続されることで一体化・低背化された複合部品として構成される。この構成により高容量のコンデンサと高インダクタンスのインダクタとからなる、低背・低容積で複合化された受動部品群を、簡便に所望の装置に接続できる。
【００１５】
上記の構成において、固体電解コンデンサは板状、または箔状の弁作用を有する拡面化したアルミニウム金属を陽極体とし、機能性高分子を固体電解質とする１０μＦ以上の特性を有するコンデンサを用いることが望ましい。このコンデンサは、積層することなしに、一枚の陽極体を利用しても１０μＦ以上の高容量を得ることができるために低背化に向いたコンデンサである。アルミニウム固体電解コンデンサが薄くするという目的を達成させる部品として最適である。
【００１６】
即ち、本発明は、薄型の固体電解コンデンサおよび該固体電解コンデンサとインダクタとを接続する回路基板を備え、さらに前記インダクタとして前記固体電解コンデンサの外周に巻線してヘリカルインダクタを形成したことを特徴とするＬＣ複合部品である。
【００１７】
また、本発明は、前記固体電解コンデンサは板状、または箔状の弁作用を有する拡面化した金属を陽極体とし、機能性高分子を固体電解質とする１０μＦ以上の特性を有する薄型の固体電解コンデンサであることを特徴とするＬＣ複合部品である。
【００１８】
また、本発明は、前記巻線型のヘリカルインダクタは、前記固体電解コンデンサの一対の相対する外面の少なくとも一方の面に、軟磁性薄膜を形成した絶縁性の薄膜磁性体を一層もしくは多数層積層し、さらに絶縁被覆導線で巻線することで形成される１０μＨ以上の特性を有するインダクタであることを特徴とするＬＣ複合部品である。
【００１９】
また、本発明は、前記回路基板は、前記固体電解コンデンサとインダクタの端子が接続される回路パターンと、当該部品を搭載する装置の回路に接続する外部端子とを備え、前記固体電解コンデンサの壁面に配設されたことを特徴とするＬＣ複合部品である。
【発明の効果】
【００２０】
以上の構成により、薄型でありながら高容量、高インダクタンスのＬＣ複合素子を得ることができ、スイッチングレギュレータを用いた昇圧型もしくは降圧型の低電圧駆動用のＤＣ−ＤＣコンバータやセンサの電源などに用いるのに好適な低背化されたＬＣ複合素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、高容量コンデンサとして、１個以上の固体電解コンデンサを用い、このコンデンサを接続した回路基板にさらに磁性層を設けて、それらの外周に１個以上の巻線型のヘリカルインダクタを形成し、コンデンサとインダクタを一体化するものである。
【００２２】
最初に、本発明に用いる固体電解コンデンサとして、最も適していると思われるアルミニウム固体電解コンデンサについて説明する。アルミニウム固体電解コンデンサは、陽極体に３００μｍ以下のアルミニウム箔を用い、エッチングにてアルミニウム表面に凹凸をつけて拡面化処理を施すことにより、厚みを薄くすることができる。次に、この拡面処理を施したアルミニウムの表面に沿って誘電体としての酸化被膜を薄く形成する。この酸化被膜の表面にアルミニウム陽極体の対向電極としてポリピロールなどの導電性高分子を固体電解質として形成し、さらに、グラファイト層、銀ペースト層を形成する。アルミニウム陽極体を陽極、銀ペースト等の導電ペースト層を陰極として回路基板に接続する。導電性ポリマーを使用することで、導電度が、従来品と比較し２〜３桁改良でき、このことからＥＳＲがｍΩ台まで劇的に低減できる。
【００２３】
このような固体電解コンデンサを用い、このコンデンサの端子側にコンデンサ回路の引き回しパターンとインダクタ回路の引き回しパターンとが作成された回路基板を貼り付ける。この回路基板は素子間の電気的接続とコンデンサの絶縁を兼ねて用いられる。この回路基板にはポリイミド薄膜に回路パターンを銅貼りした薄膜回路基板などを用いることができる。
【００２４】
さらに、この貼り付けた固体電解コンデンサと薄膜回路基板に、軟磁性薄膜を形成した絶縁性の薄膜磁性体を一層もしくは多数層積層し、これらを巻芯（磁芯）として、外周に絶縁被覆導線を用いて所定数回の密巻線を施してヘリカルコイルを形成することでヘリカルインダクタを得ることができる。このヘリカルコイルの両端は前述の薄膜回路基板の端子にハンダや導電ペーストを用いて接続される。
【００２５】
絶縁被覆導線は絶縁被覆銅線が望ましいが、特に限定するものではない。また薄型化のためには巻線間に空隙が発生しない密巻線ができる平角線が望ましいが、これも特に限定するものではない。
【００２６】
軟磁性薄膜の組成としては、ＣｏＦｅＳｉＢ系やＣｏＺｒＮｂ系を用いることができる。この組成物をポリイミド等の絶縁性樹脂の上にスパッタし、磁化軸を揃えた薄膜絶縁体を数層積層し、熱圧着や接着剤を用いて接合した絶縁性の薄膜磁性体を用いることで、Ｑ値が高くかつインダクタンス値が高いインダクタが得られる。また、平均粒径が１μｍ以下のフェライト粉末を用いて軟磁性薄膜を形成し、この絶縁性の薄膜磁性体をコンデンサの周りに巻きつけてもある程度の特性は得られるので、こちらを使用することも可能である。
【００２７】
さらに、このヘリカルコイル上に絶縁被覆を行っても良く、この際に絶縁性の軟磁性膜で被覆してもよい。さらに、少なくとも一端面において閉磁路を構成することでＱ値の改善が計られる。そこで、密巻線のコイルが磁性体の中を巻線されるように軟磁性体の薄膜を巻きつけてもよい。
【００２８】
このように薄型化に優れたアルミニウム固体電解コンデンサをコアとして、磁性層を形成し、さらにその外周に導線を密巻線してヘリカルコイルを形成することで、薄型で、高容量、高インダクタンスのＬＣ複合部品を得ることができる。
【実施例１】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。図１は、実施例１によるＬＣ複合部品を表す概略図である。この概略図内に示す３、４の破断線位置での断面図を図２、図３に示す。
【００３０】
先ず、機能性高分子アルミニウム固体電解コンデンサの製造方法を示す。アルミニウム純度が９９．９％以上の高純度アルミニウム金属箔（１００μｍの厚み）の所定の部分にレジストを塗布し、表面をエッチングで粗面化し１００倍以上に実効面積を拡大し、さらに直流電解法により陽極酸化することで誘電体皮膜を形成した。
【００３１】
この誘電体皮膜上に高電導度を有する機能性高分子層を形成し、さらにカーボン導電層を形成し、さらにその上に所定形状の銀ペースト導電層を形成した。この固体電解コンデンサ８として機能する部品の厚みは２００μｍであった。出来上がった固体電解コンデンサ８の容量は１０μＦであった。
【００３２】
次に、薄膜回路基板７を形成する。この基板は、固体電解コンデンサ８とインダクタとを接続し、さらにＬＣ複合部品１の外部端子１１を取り付けられると共に、固体電解コンデンサ８と配線パターンとの絶縁の役目を担うことになる。
【００３３】
薄膜回路基板７は１２μｍ厚みのポリイミド系ベース材料上に圧延法により３０μｍ厚みの銅箔でパターニングを施した基板を用いた。基板の上下面を接続する個所にはスルーホールを形成してパターン間を導通させた。
【００３４】
次に、インダクタの磁心を形成する。１Ｐａ以下の真空度が得られるマグネトロンスパッタ装置を用いて基板表面に３０００〜５５００Ａ／ｍの直流磁界を印加しながら軟磁性薄膜を形成する。このようにして、１２μｍの厚みを有するポリイミド系等の有機絶縁基板の片面に、磁場中で長手方向を磁化困難軸方向に揃えた５μｍ厚みのＣｏＦｅＳｉＢ系軟磁性薄膜を形成した。この絶縁性の薄膜軟磁性体を熱圧着により３層積層し、長さが４ｍｍ、幅が３ｍｍである短冊状に切断した絶縁性の薄膜磁性体６を１個準備した。さらに、薄膜回路基板７にこの短冊状に切断した絶縁性の薄膜磁性体６を、薄膜回路基板７上の端子部分が露出するように配設する。
【００３５】
厚みが２００μｍの固体電解コンデンサ８の端子側（回路との接続１０の側）に厚さが１００μｍのプリプレグ樹脂９をサンドイッチ状に挟みながら、薄膜磁性体６が配設された薄膜回路基板７を貼り、固体電解コンデンサ８の残りの面にプリプレグ樹脂９をサンドイッチ状に挟みながら薄膜磁性体６を貼り付けた。固体電解コンデンサ８の端子と薄膜回路基板７との接続（回路との接続１０）は導電性接着剤を用いて接合した。
【００３６】
出来上がった素子を周回するように外径が３０μｍの絶縁被覆銅線を用いて所定回数巻回してヘリカルコイル５を作製した。巻回後絶縁被覆銅線の端部の絶縁被覆を剥離して、薄膜回路基板７上に導電接着剤を用いて接合した。出来上がったインダクタは１０μＨであった。
【００３７】
また、ＬＣ複合部品１の厚みは５００μｍであった。この厚みは、チップ部品と比較すると、市場から小さいと評価を得ている１００５（１ｍｍ×０．５ｍｍ）形状の最大厚みに匹敵することで十分評価されるものである。さらに、外装被覆の分厚くはなるが、必要であればエポキシ系樹脂等を用いて外装被覆してもよい。
【００３８】
このＬＣ複合部品１を搭載する装置への接続は薄膜回路基板７のパッドを利用することが出来るが、パッケージが必要な場合は、外部端子１１として薄膜回路基板製造時に表面実装型のＱＦＰ等のピン端子を接合する。
【００３９】
このＬＣ複合部品１を、太陽電池が発電した０．８〜１．４Ｖの電圧を５Ｖに昇圧するスイッチングレギュレータを用いたステップアップコンバータに利用した。５Ｖの電源はアプリケーションを駆動させるための電圧である。太陽電池からの出力側に接続した１０μＦのコンデンサは電源スイッチングによる入力リップルを抑えるために高容量かつ低ＥＳＲのコンデンサとして最適であった。また、１０μＨのインダクタは太陽電池の出力インピーダンスを下げることによって電源電圧の変動を最小限にするために有効であった。その他のコンデンサ等のチップ部品は市販の１００５形状のものを利用した。出来上がった、電源は、スイッチングレギュレータのベアチップと同じ高さを有しており、電源全体が０．７ｍｍ以内に収まり電源の薄型化が達成できた。
【実施例２】
【００４０】
図２は、実施例２によるＬＣ複合部品を表す概略図である。この概略図内に示す３、４の破断線位置での断面図を図５、図６に示す。
【００４１】
この実施例に示す固体電解コンデンサ８の製造は、実施例１と同じ方法で行う。但し、所定容量の固体電解コンデンサ８を２つ準備する。但し、各々のコンデンサの容量形成部分以外はレジストを塗布し、１００ｎＦと１０μＦのコンデンサとした。
【００４２】
次に、薄膜磁性体６が配設された薄膜回路基板７を作る。上下に重なるコンデンサの配線を行うために、大きさがコンデンサ平面２枚分の大きさに、コンデンサの端面１個もしくは２個分の大きさを加えた大きさの薄膜回路基板を準備する。前もって９μｍ厚みのポリイミド系ベース材料上にメッキ法により５μｍ厚みの銅箔でパターニングを施した少なくとも２枚の積層基板を用いた。基板の上下面を接続する個所にはスルーホールを形成してパターン間を導通させた。この薄膜回路基板７に固体電解コンデンサ８の平面分の薄膜磁性体６を所定の位置に２個熱圧着する。
【００４３】
薄膜回路基板７としては、２段に積み重なった固体電解コンデンサをまとめてコの字型に覆うように接合するためにコの字型薄膜回路基板１２を用いた。本実施例では固体電解コンデンサ８端面２個分の厚みを有するコの字型薄膜回路基板１２を用いており、２００μｍの２つの固体電解コンデンサ８にプリプレグ樹脂９を挟んで端子面が外側に向くように接合する（回路との接続１０）。コンデンサ端面１個分の厚みを有するコの字型薄膜回路基板を用いて、固体電解コンデンサを同じ向きに積み重ね、間に薄膜回路基板を挟みながらプリプレグ樹脂を用いて接合しても良い。この場合は、薄膜回路基板が１つの固体コンデンサをコの字型に覆うように接合する。
【００４４】
出来上がった素子を周回するように外径が２０μｍの絶縁被覆銅線を用いて所定回数巻回してヘリカルコイル５を作製してヘリカルインダクタを形成した。巻回後絶縁被覆銅線の端部の絶縁被覆を剥離して、薄膜回路基板７上に導電接着剤を用いて接合した。出来上がったインダクタは１０μＨである。さらに、このＬＣ複合部品１を搭載する装置への接続用として、表面実装型の外部端子１１を設けた。
【００４５】
また、ＬＣ複合部品１としての厚みが７００μｍであった。この厚みは、チップ部品と比較すると、形状が１２０８（１．２ｍｍ×０．８ｍｍ）の最大厚みに匹敵するものとして評価されるものである。
【００４６】
このＬＣ複合部品１を、太陽電池が発電した０．８〜１．４Ｖの電圧を５Ｖに昇圧するスイッチングレギュレータを用いたステップアップコンバータに利用した。５Ｖの電源はアプリケーションを駆動させるための電圧である。太陽電池からの出力側に接続した１０μＦのコンデンサは電源スイッチングによる入力リップルを抑えるために高容量かつ低ＥＳＲのコンデンサとして最適であった。また、１０μＨのインダクタは太陽電池の出力インピーダンスを下げることによって電源電圧の変動を最小限にするために有効であった。１００ｎＦのコンデンサは、スイッチングレギュレータからのグランドラインに接続した。出来上がった電源は、コンバータと同じ高さを有しており、電源全体が１ｍｍ以内に収まり電源の薄型化が達成できた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の各々１個ずつの固体電解コンデンサとインダクタを用いたＬＣ複合部品の概略図。
【図２】図１の断面図（３位置）。
【図３】図１の断面図（４位置）。
【図４】本発明の２個の固体電解コンデンサと１個のインダクタを用いたＬＣ複合部品を示す図。
【図５】図２の断面図（３位置）。
【図６】図２の断面図（４位置）。
【符号の説明】
【００４８】
１    ＬＣ複合部品
２    極性
３    長さ方向断面位置を示す破断線
４    幅方向断面位置を示す破断線
５    ヘリカルコイル
６    薄膜磁性体
７    薄膜回路基板
８    固体電解コンデンサ
９    プリプレグ樹脂
１０    回路との接続
１１    外部端子
１２    コの字型薄膜回路基板
【図１】
2005129550.tif 000003
【図２】
2005129550.tif 000004
【図３】
2005129550.tif 000005
【図４】
2005129550.tif 000006
【図５】
2005129550.tif 000007
【図６】
2005129550.tif 000008